第二章合金相结构 几个重要概念: 合金:由两种或两种以上元素(其中至少有一种是金 属)组成的具有金属特性的材料。如铁碳合金、 铁铬镍合金(不绣钢)、铜锡合金(青铜)等 组元:组成合金的最基本的、独立的物质。通常, 组元即为组成合金的各元素,但元素间所形 成的稳定化合物也可为组元。根据组元数目, 有二元合金、三元合金和多元合金等 相:合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构,成 分基本相同,并有明确界面与其它部分分开的 均匀组成部分。该界面称相界面。根据相的数 目,有单相合金、多相合金等 组织:用肉眼或显微镜所观察到的不同组成相的形 状、分布及各相之间的组合状态。由于合金 的成分及加工、处理等条件不同,其合金相 将以不同的类型、形态、数量、大小与分布 相结合,构成不同的合金组织状态。相是组 织的基本组成部分,而组织是决定材料性能 的一个重要因素。 合金相的分类:固溶体和中间相(金属化合物)
第二章 合金相结构 几个重要概念： 合金: 由两种或两种以上元素(其中至少有一种是金 属)组成的具有金属特性的材料。如铁碳合金、 铁铬镍合金（不绣钢）、铜锡合金（青铜）等。 组元：组成合金的最基本的、独立的物质。通常， 组元即为组成合金的各元素，但元素间所形 成的稳定化合物也可为组元。根据组元数目， 有二元合金、三元合金和多元合金等。 相：合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构，成 分基本相同，并有明确界面与其它部分分开的 均匀组成部分。该界面称相界面。根据相的数 目，有单相合金、多相合金等。 组织：用肉眼或显微镜所观察到的不同组成相的形 状、分布及各相之间的组合状态。由于合金 的成分及加工、处理等条件不同，其合金相 将以不同的类型、形态、数量、大小与分布 相结合，构成不同的合金组织状态。相是组 织的基本组成部分，而组织是决定材料性能 的一个重要因素。 合金相的分类：固溶体和中间相（金属化合物）
§21固溶体 固溶体:以合金某一组元为溶剂,在其 晶格中溶入其他组元原子(溶质)后所形成 的一种合金相,其特征是仍保持溶剂晶格类 型,结点上或间隙中含有其他组元原子。 主要讨论溶剂为纯金属的固溶体 固溶体的分类 根据溶质原子在溶剂晶格中所占据 的位置:置换固溶体和间隙固溶体; 根据溶质原子在溶剂中的固溶能力 有限固溶体和无限固溶体。固溶度(溶解 度):在一定温度和压力下,溶质在固溶体 中的浓度有一定限度,该浓度极限称为固溶 度 根据溶质原子在固溶体中的分布是否 有规律:无序固溶体和有序固溶体 置换固溶体 影响置换固溶体固溶度的主要因素 1.晶体结构因素 晶体结构相同是组元间形成无限固
§2.1 固溶体 固溶体：以合金某一组元为溶剂，在其 晶格中溶入其他组元原子（溶质）后所形成 的一种合金相，其特征是仍保持溶剂晶格类 型，结点上或间隙中含有其他组元原子。 主要讨论溶剂为纯金属的固溶体。 一、固溶体的分类 根据溶质原子在溶剂晶格中所占据 的位置：置换固溶体和间隙固溶体； 根据溶质原子在溶剂中的固溶能力 ：有限固溶体和无限固溶体。固溶度（溶解 度）：在一定温度和压力下，溶质在固溶体 中的浓度有一定限度，该浓度极限称为固溶 度。 根据溶质原子在固溶体中的分布是否 有规律：无序固溶体和有序固溶体。 二、置换固溶体 影响置换固溶体固溶度的主要因素 1．晶体结构因素 晶体结构相同是组元间形成无限固
溶体的必要条件。 2.原子尺寸因素 指溶剂、溶质原子半径之差与溶剂 原子半径之比,即△r=|rA-rB|/rA,A-溶 剂,B-溶质,△r越小,即组元间原子半径 越接近,固溶度越大。△r<0.14-0.15时,固 溶度较大,或形成无限固溶体。 3.电负性因素 电负性:原子接受电子形成负离子 的能力,即元素得失电子的能力。易得电子, 电负性大。在周期表中,同一周期元素的电 负性从左到右递增;同一族元素的电负性从 下到上递增。两元素电负性越相近,固溶度 越大。两元素电负性相差大,化学亲和力越 强,易形成化合物。 4.电子浓度因素 电子浓度:各组元价电子总数e与原子 总数a之比, 即C电子=ea=VA(100-X)+VBX]/100 VA-溶剂原子价;100-X-溶剂原子百分数 VA(100-X)-溶剂价电子数 ⅤB-溶质原子价;X-溶质原子百分数;VBⅩ-溶
溶体的必要条件。 2．原子尺寸因素 指溶剂、溶质原子半径之差与溶剂 原子半径之比，即△r = ∣rA-rB∣/ rA , A-溶 剂，B-溶质，△r 越小，即组元间原子半径 越接近，固溶度越大。△r<0.14-0.15 时，固 溶度较大，或形成无限固溶体。 3．电负性因素 电负性：原子接受电子形成负离子 的能力，即元素得失电子的能力。易得电子， 电负性大。在周期表中，同一周期元素的电 负性从左到右递增；同一族元素的电负性从 下到上递增。两元素电负性越相近，固溶度 越大。两元素电负性相差大，化学亲和力越 强，易形成化合物。 4．电子浓度因素 电子浓度：各组元价电子总数 e 与原子 总数 a 之比， 即 C 电子= e/a=[VA(100-X)+VBX]/100 VA-溶剂原子价; 100-X-溶剂原子百分数; VA(100-X)-溶剂价电子数; VB-溶质原子价; X-溶质原子百分数; VBX-溶
质价电子数 电子浓度对固溶度的影响:溶剂为 价FCC金属,不同溶质元素的最大固溶度所 对应的极限电子浓度均为1.36左右;溶剂为 价BCC金属,其极限电子浓度约为148 所以,溶质的原子价越高,其固溶度越低.举 例 总之,组元元素的晶格类型相同,原子 半径相差不大,在周期表中的位置邻近时, 固溶度较大,甚至形成无限固溶体。 三、间隙固溶体 溶质、溶剂元素 溶质元素:原子半径<0.1纳米的非 金属元素,如H、O、N、C、B等。 溶剂元素:多为过渡族金属元素,如W、 Mo、Cr、Fe、Ti、Zr、V等。 2.均为有限固溶体 四、固溶体的结构和性能特点 固溶体的微观不均匀性 在热力学平衡状态下,固溶体在宏观上 溶质是均匀分布的,但微观上是不均匀的
质价电子数. 电子浓度对固溶度的影响: 溶剂为一 价 FCC 金属,不同溶质元素的最大固溶度所 对应的极限电子浓度均为 1.36 左右; 溶剂为 一价 BCC 金属,其极限电子浓度约为 1.48. 所以,溶质的原子价越高,其固溶度越低. 举 例 总之，组元元素的晶格类型相同，原子 半径相差不大，在周期表中的位置邻近时， 固溶度较大，甚至形成无限固溶体。 三、 间隙固溶体 1．溶质、溶剂元素 溶质元素：原子半径 < 0.1 纳米的非 金属元素，如 H、O、N、C、B 等。 溶剂元素：多为过渡族金属元素，如 W、 Mo、Cr、Fe、Ti、Zr、V 等。 2．均为有限固溶体 四、固溶体的结构和性能特点 1．固溶体的微观不均匀性 在热力学平衡状态下，固溶体在宏观上 溶质是均匀分布的，但微观上是不均匀的
存在无序分布、偏聚分布、短程有序分布 和长程有序分布等 2.固溶体的点阵畸变 置换固溶体:溶质半径大时,膨胀, 点阵常数增大,为正畸变;溶质半径小 收缩,点阵常数减小,为负畸变 间隙固溶体:溶质半径大于间隙半径 点阵常数随溶质原子的溶入而增大。 3.固溶体的性能特点 1)固溶强化 固溶强化:固溶体的强度总是高于纯 组元的现象,即随着溶质原子的溶入及浓 度的增加,固溶体的强度和硬度增加 原因:溶质原子与位错间弹性交互作 用,使位错的运动阻力增加,塑性变形更 加困难。 固溶强化是一种重要的强化手段 2)固溶体较之纯金属和化合物具有良好 的综合机械性能 3)物理、化学性能 电阻升高,耐蚀性降低
存在无序分布、偏聚分布、短程有序分布 和长程有序分布等。 2．固溶体的点阵畸变 置换固溶体：溶质半径大时，膨胀， 点阵常数增大，为正畸变；溶质半径小， 收缩，点阵常数减小，为负畸变。 间隙固溶体：溶质半径大于间隙半径， 点阵常数随溶质原子的溶入而增大。 3．固溶体的性能特点 1）固溶强化 固溶强化：固溶体的强度总是高于纯 组元的现象，即随着溶质原子的溶入及浓 度的增加，固溶体的强度和硬度增加。 原因：溶质原子与位错间弹性交互作 用，使位错的运动阻力增加，塑性变形更 加困难。 固溶强化是一种重要的强化手段。 2）固溶体较之纯金属和化合物具有良好 的综合机械性能 3）物理、化学性能 电阻升高，耐蚀性降低